Entonces, el Universo comenzó con una explosión. Todo estaba caliente, denso y en expansión.
Han pasado 13.700 millones de años y nuestro Universo es frío y escaso. La temperatura del resplandor sobrante del big bang, que solía ser de más de 10 ^ 30 grados, ahora ha bajado a 2,7 Kelvin, apenas por encima del cero absoluto. El universo solía ser más denso que el centro del sol. Ahora, en promedio, la densidad del Universo es de solo un protón por metro cúbico, con una masa agrupada en estrellas y galaxias separadas por billones de millas.
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Pero, a pesar de todo, el Universo todavía se está expandiendo . Lo sorprendente es que, a pesar de todas las cosas que podrían causar esta expansión, solo hay una cosa de la que depende la tasa de expansión. ¿Sabes lo que es?
La densidad de energía del Universo. O, en otras palabras, la cantidad total de materia, radiación, neutrinos y todas las demás formas de energía en todo el Universo dividido por el volumen del Universo. Lo diré nuevamente: la densidad de energía es lo único que determina la tasa de expansión del Universo.
Esto es notable, y he aquí por qué. En primer lugar, el Universo podría haber existido en una de tres formas. Podría haber sido curvado como una esfera (lo que llamamos positivo ), curvado como una silla de montar (lo que llamamos negativo ) o completamente plano (lo que llamamos curvatura cero ).
Si el Universo tuviera una curva positiva o negativa, ¡los tres ángulos de triángulos en el espacio no sumarían 180 grados! Y la tasa de expansión cambiaría dramáticamente por la presencia de curvatura. El hecho de que no tenemos ninguno sigue siendo un misterio para nosotros, aunque tal vez la inflación explica por qué.
El hecho de que la tasa de expansión depende de la densidad de energía significa algo más: en diferentes momentos del Universo, diferentes cosas eran importantes. Piensa en esto: si tienes un universo donde duplicas el volumen, la densidad de la materia se reduce a la mitad. ¿Derecho? Misma masa, dos veces el volumen, por lo tanto, la densidad es la mitad. Quiero decir, mira, las monedas en el globo más grande son claramente menos densas, ¿verdad? El mismo número de monedas, pero se extienden en un volumen mayor:
Pero la radiación, cosas como la luz, no solo se diluye como la materia, sino que se desplaza hacia el rojo, lo que significa que su densidad de energía cae más rápido que la materia. Entonces, cuando el Universo era muy joven, muy caliente y muy denso, ¡la radiación era más importante que la materia!
A medida que el Universo se enfrió, la materia se hizo más importante y dominó la tasa de expansión durante miles de millones de años. Pero hay algo más en el Universo, algo que no se diluye a medida que el espacio se expande. Parece que hay una energía inherente en el espacio mismo, y esto es lo que llamamos energía oscura . Algunas personas lo llaman una constante cosmológica. ¿Por qué constante? Porque su densidad energética nunca cae . Hace solo unos miles de millones de años, la energía oscura se convirtió en la forma dominante de energía en el Universo. La materia se vuelve menos densa, pero la energía oscura nunca lo hace. Si los graficamos todos juntos: radiación, materia y energía oscura, verías cuál domina la tasa de expansión del Universo.
Y eso es. Eso es todo lo que causa la expansión del Universo: la cantidad total de energía que contiene. Desde aquí hasta el infinito, hasta donde podemos ver, la energía oscura continuará dominando el Universo.
Algunos de ustedes están inclinados hacia las matemáticas y querrán una ecuación que relacione la tasa de expansión de Hubble (H) con la densidad de energía (ρ). Bueno, odio ser demasiado técnico, así que aquí tienes:
